電動直線壓縮機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及新能源汽車技術領域，尤其是汽車用的壓縮機，具體而言涉及一種電動直線壓縮機。
【背景技術】
[0002]在國家節(jié)能減排的大背景下，電動及混合動力等新能源汽車成為汽車工業(yè)領域的一項新技術，并且有望發(fā)展為汽車工業(yè)技術的主流。在電動及混合動力等新能源汽車上，原先通過傳動裝置由發(fā)動機驅(qū)動的部件需改為電驅(qū)動，其中就包括了應用于汽車空調(diào)的制冷壓縮機以及用于氣壓制動的空氣壓縮機。在傳統(tǒng)的壓縮機結(jié)構(gòu)當中，通常需要一套將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為活塞往復直線運動的傳動機構(gòu)(如曲柄連桿機構(gòu))，由于傳遞環(huán)節(jié)較多、摩擦損失大，使得壓縮機的效率始終維持在一個較低的水平，這使得如何提高電驅(qū)動壓縮機的效率并在新能源汽車上得到應用是汽車零部件電動化的關鍵技術問題。
[0003]電磁直線振蕩作動器是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成高頻往復直線運動形式的機械能而不需通過中間任何轉(zhuǎn)換裝置的元件，在工業(yè)技術領域內(nèi)均有著應用需求，采用直接驅(qū)動的思想，由電磁直線振蕩作動器的動子直接驅(qū)動壓縮機活塞作高頻往復直線運動，替代傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機+曲柄連桿機構(gòu)，使得直線壓縮機較傳統(tǒng)的壓縮機具有明顯優(yōu)勢。目前的電動直線壓縮機多以動磁式直線振蕩作動器作為驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，其比推力較大，但動子質(zhì)量偏高，不利于共振彈簧的設計，難以提高系統(tǒng)的緊湊型。此外，由于定位力的存在，電磁推力控制精度不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種能耗低、效率高、體積小、活塞行程可調(diào)的電動直線壓縮機。
[0005]本發(fā)明的上述目的通過獨立權(quán)利要求的技術特征實現(xiàn)，從屬權(quán)利要求以另選或有利的方式發(fā)展獨立權(quán)利要求的技術特征。
[0006]為達成上述目的，本發(fā)明的第一方面提出一種電動直線壓縮機，包括缸蓋、閥體組件、汽缸、自由活塞組件、共振彈簧、彈簧軸承座、直線軸承、連接組件、動子線圈、定子、左端蓋、右端蓋、殼體等組成，所述的電動直線壓縮機結(jié)構(gòu)形式為圓筒型，定子由同軸線的具有環(huán)形結(jié)構(gòu)的內(nèi)外磁軛與永磁體陣列組成，永磁體陣列為徑向和軸向充磁方向組成的Halbach陣列并在氣隙內(nèi)產(chǎn)生恒定磁場，動子線圈通過連接組件與自由活塞組件相連，通電后在氣隙恒定磁場的作用下驅(qū)動自由活塞組件作往復直線運動，自由活塞組件、汽缸、共振彈簧、直線軸承、彈簧軸承座、連接組件等均與定子同軸線，且嵌于定子內(nèi)部，減小了壓縮機的軸向尺寸，同時自由活塞組件運動方向與定子軸線方向一致。所述共振彈簧由兩個相同螺旋彈簧并聯(lián)組成，以提高系統(tǒng)剛度。
[0007]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于:
[0008]1)電磁直線振蕩執(zhí)行器具有比推力高與可控性好的優(yōu)點，同時由于動子質(zhì)量小，有利于共振彈簧的設計，使得系統(tǒng)共振頻率得以提高，可顯著提升直線壓縮機的功率因數(shù)，降低容積比能；
[0009]2)運動部件及其連接、支撐機構(gòu)與共振彈簧均集成在定子內(nèi)部，可顯著提高壓縮機的緊湊型，有利于新能源汽車上有限空間的布置。
[0010]應當理解，前述構(gòu)思以及在下面更加詳細地描述的額外構(gòu)思的所有組合只要在這樣的構(gòu)思不相互矛盾的情況下都可以被視為本公開的發(fā)明主題的一部分。另外，所要求保護的主題的所有組合都被視為本公開的發(fā)明主題的一部分。
[0011]結(jié)合附圖從下面的描述中可以更加全面地理解本發(fā)明教導的前述和其他方面、實施例和特征。本發(fā)明的其他附加方面例如示例性實施方式的特征和/或有益效果將在下面的描述中顯見，或通過根據(jù)本發(fā)明教導的【具體實施方式】的實踐中得知。
【附圖說明】
[0012]附圖不意在按比例繪制。在附圖中，在各個圖中示出的每個相同或近似相同的組成部分可以用相同的標號表示。為了清晰起見，在每個圖中，并非每個組成部分均被標記?，F(xiàn)在，將通過例子并參考附圖來描述本發(fā)明的各個方面的實施例，其中:
[0013]圖1是根據(jù)本發(fā)明某些實施例的電動直線壓縮機的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0014]為了更了解本發(fā)明的技術內(nèi)容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。
[0015]在本公開中參照附圖來描述本發(fā)明的各方面，附圖中示出了許多說明的實施例。本公開的實施例不必定意在包括本發(fā)明的所有方面。應當理解，上面介紹的多種構(gòu)思和實施例，以及下面更加詳細地描述的那些構(gòu)思和實施方式可以以很多方式中任意一種來實施，這是因為本發(fā)明所公開的構(gòu)思和實施例并不限于任何實施方式。另外，本發(fā)明公開的一些方面可以單獨使用，或者與本發(fā)明公開的其他方面的任何適當組合來使用。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的實施例，提出一種新能源汽車用的高效、緊湊型電動直線壓縮機，可用于氣壓制動空氣壓縮機。結(jié)合圖1所示，本例的電動直線壓縮機包括下述組成部分:缸蓋
1、閥體組件2、汽缸16、自由活塞組件15、共振彈簧12、彈簧軸承座13、直線軸承14、連接組件、動子線圈5、定子、左端蓋3、右端蓋8、殼體10。
[0017]結(jié)合圖1，電動直線壓縮機整體來說構(gòu)造為圓筒形結(jié)構(gòu)。定子由具有環(huán)形結(jié)構(gòu)的內(nèi)磁軛4、外磁軛7、永磁體陣列6組成，內(nèi)磁軛4、外磁軛7、永磁體陣列6均為同軸線的環(huán)形。
[0018]左端蓋3與右端蓋8起安裝定位作用時，缸蓋1與閥體組件2安裝定位于左端蓋3上，內(nèi)磁軛4與外磁軛7通過左端蓋3與右端蓋8進行安裝與定位。
[0019]同時，左端蓋3與右端蓋8作為導磁元件，在定子端部形成閉合磁路。
[0020]永磁體陣列6由徑向充磁和軸向充磁的永磁體通過Halbach陣列方式組成，且永磁體陣列6的外徑與外磁軛7的內(nèi)徑相配合，永磁體陣列6固定于外磁軛7的內(nèi)側(cè)。
[0021 ] 動子線圈5為環(huán)形，置于永磁體陣列6與內(nèi)磁軛4所形成的環(huán)形氣隙當中，連接組件由托盤9與直連桿11組成，動子線圈5與托盤9固連，自由活塞組件15與直連桿11固連。
[0022]自由活塞組件15、汽缸16、共振彈簧12、彈簧軸承座13、直線軸承14、連接組件均與定子同軸線，且均內(nèi)嵌于內(nèi)磁軛4，自由活塞組件15的運動方向與軸線方向一致。
[0023]通過控制電流的大小與方向，動子線圈5在氣隙當中作往復直線運動，與共振彈簧12共同驅(qū)動自由活塞組件15在靜平衡位置作簡諧振動，且振幅可調(diào)，進而完成進氣、壓縮、排氣及膨脹過程，其中共振彈簧12由兩個相同的螺旋彈簧并聯(lián)組成，靜平衡位置位于動子線圈5的行程中點。
[0024]結(jié)合圖1所示，本例的電動直線壓縮機的工作循環(huán)可描述為一單自由度強迫振動系統(tǒng)，其固有頻率由壓縮氣體、共振彈簧剛度及動子質(zhì)量決定。當電流頻率與系統(tǒng)固有頻率相一致，系統(tǒng)效率達到最高，容積比能最低，且通過控制電流的大小可對振幅進行控制，實現(xiàn)變流量調(diào)節(jié)。
[0025]結(jié)合圖1所示，Halbach永磁體陣列6通過定子、左端蓋3及右端蓋6在氣隙內(nèi)產(chǎn)生高磁通密度，載流動子線圈5在該氣隙磁場中受到與電流大小呈線性關系的電磁推力，且比推力高，動子線圈5進而驅(qū)動自由活塞組件15在由共振彈簧決定的平衡位置作簡諧振動，從而完成進氣、壓縮、排氣及膨脹過程，該工作循環(huán)可描述為一單自由度強迫振動系統(tǒng)。
[0026]雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護范圍當視權(quán)利要求書所界定者為準。
【主權(quán)項】
1.一種電動直線壓縮機，其特征在于，該電動直線壓縮機包括:缸蓋[1]、閥體組件[2]、汽缸[16]、自由活塞組件[15]、共振彈簧[12]、彈簧軸承座[13]、直線軸承[14]、連接組件、動子線圈[5]、定子、左端蓋[3]、右端蓋[8]以及殼體[10];其中: 所述缸蓋[1]與閥體組件[2]安裝固定于左端蓋[3]上； 所述定子由內(nèi)磁軛[4]、外磁軛[7]、永磁體陣列[6]組成，所述內(nèi)磁軛[4]與外磁軛[7]通過左端蓋[3]與右端蓋[8]進行安裝與定位；所述永磁體陣列[6]由徑向充磁和軸向充磁的永磁體通過Halbach陣列方式組成，且永磁體陣列[6]的外徑與外磁軛[7]的內(nèi)徑相配合，永磁體陣列[6]固定于外磁軛[7]的內(nèi)側(cè)；所述內(nèi)磁軛[4]、外磁軛[7]、永磁體陣列[6]均為同軸線的環(huán)形。； 所述動子線圈[5]為環(huán)形，置于永磁體陣列[6]與內(nèi)磁軛[4]所形成的環(huán)形氣隙當中，通過控制動子線圈[5]的電流的大小與方向，動子線圈[5]在氣隙當中作往復直線運動；所述自由活塞組件[15]、汽缸[16]、共振彈簧[12]、彈簧軸承座[13]、直線軸承[14]、連接組件均同軸線；連接組件由托盤[9]與直連桿[11]組成，動子線圈[5]與托盤[9]固連，自由活塞組件[15]與直連桿[11]固連，動子線圈[5]的往復直線運動推動自由活塞組件[15]做往復直線運動。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動直線壓縮機，其特征在于，所述自由活塞組件[15]、汽缸[16]、共振彈簧[12]、彈簧軸承座[13]、直線軸承[14]、連接組件均內(nèi)嵌于內(nèi)磁軛[4]內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動直線壓縮機，其特征在于，所述定子、動子線圈[5]、自由活塞組件[15]、共振彈簧[12]同軸線，自由活塞組件[15]的運動方向與其軸線方向一致。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動直線壓縮機，其特征在于，所述共振彈簧[12]由兩個相同的螺旋彈簧并聯(lián)組成，靜平衡位置位于動子線圈[5]的行程中點。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動直線壓縮機，其特征在于，所述動子線圈[5]被設置成可在不同大小和方向電流的激勵下，在工作氣隙內(nèi)作往復直線運動，與共振彈簧[12]共同驅(qū)動自由活塞組件[15]在靜平衡位置作簡諧振動，且振幅可調(diào)，進而完成進氣、壓縮、排氣及膨脹過程。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種可應用于新能源汽車的具有高效、緊湊特點的電動直線壓縮機，其定子由同軸線的具有環(huán)形結(jié)構(gòu)的內(nèi)外磁軛與永磁體陣列組成；永磁體陣列采用徑向和軸向充磁方向組成的Halbach陣列；自由活塞組件通過連接組件與動子線圈相連，自由活塞組件與動子線圈的運動方向與定子軸線方向一致。動子線圈可在工作氣隙內(nèi)作往復直線運動，與共振彈簧共同驅(qū)動自由活塞組件在靜平衡位置作簡諧振動，且振幅可調(diào)，進而完成進氣、壓縮、排氣及膨脹過程。本發(fā)明的電動直線壓縮機具有高比推力、高可控性及高共振頻率的特點，可顯著提高直線壓縮機的功率因數(shù)，降低容積比能。
【IPC分類】F04B35/04, F04B31/00
【公開號】CN105298792
【申請?zhí)枴緾N201510749837
【發(fā)明人】時巖, 彭安琪, 井源, 徐家駿, 王凱, 孫平
【申請人】南京理工大學
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年11月6日